Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố tổng hợp đến hoạt tính xúc tác quang của vật liệu tổ hợp TiO2-Fe2O3/GNPs

Vật liệu tổ hợp 2 oxit TiO2-Fe2O3/GNPs được tổng hợp trực tiếp từ graphit và tinh quặng ilmenit 52% thông qua quá trình thủy nhiệt. Trong nội dung bài viết, các yếu tố trên sẽ được khảo sát và từ đó xác định các điều kiện tối ưu cho quá trình tổng hợp vật liệu tổ hợp.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố tổng hợp đến hoạt tính xúc tác quang của vật liệu tổ hợp TiO2-Fe2O3/GNPs Nghiên cứu khoa học công nghệ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ TỔNG HỢP ĐẾN HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP TiO2-Fe2O3/GNPs Trương Ngọc Tuấn1*, Hoàng Bảo Long2, Nguyễn Thị Hoài Phương1, Phùng Xuân Thịnh3 Tóm tắt: Vật liệu tổ hợp 2 oxit TiO2-Fe2O3/GNPs được tổng hợp trực tiếp từ graphit và tinh quặng ilmenit 52% thông qua quá trình thủy nhiệt. Các yếu tố của quá trình tổng hợp như nhiệt độ thủy nhiệt, thời gian thủy nhiệt, độ pH của dung dịch thủy nhiệt, hàm lượng GNPs và sự khuấy trộn là các thông số ảnh hưởng trực tiếp đến đặc trưng tính chất vật liệu và đặc biệt là hoạt tính quang xúc tác của vật liệu. Trong nội dung bài báo, các yếu tố trên sẽ được khảo sát và từ đó xác định các điều kiện tối ưu cho quá trình tổng hợp vật liệu tổ hợp. Vật liệu tổ hợp được thủy nhiệt trong thời gian 8 giờ ở nhiệt độ 150oC, với tốc độ khuấy 1000 vòng/phút, môi trường thủy nhiệt axit (PH4), với hàm lượng GNPs là 20mg, có hoạt tính xúc tác quang tốt nhất, hiệu quả chuyển hóa Cr(VI) nồng độ đầu 10 ppm đạt 99,8% sau thời gian xử lý là 90 phút trong điều kiện mô phỏng ánh sáng mặt trời. Từ khóa: Vật liệu tổ hợp TiO2-Fe2O3/GNPs; Quang xúc tác; Quang khử Cr(VI). 1. MỞ ĐẦU Vật liệu tổ hợp lâu nay đã là mối quan tâm của các nhà khoa học, các nhà công nghệ và các nhà quản lý trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Việc kết hợp, bổ sung khắc phục hạn chế của các vật liệu đơn lẻ trong vật liệu tổ hợp giúp tăng tính năng, hiệu quả và đa dạng về tính chất và ứng dụng của loại vật liệu này [1, 2]. Việt Nam là nước có nhiều khoáng sản như quặng than, graphit, bôxít, ilmenit, đất hiếm,... chủ yếu đang được xuất khẩu ở dạng nguyên liệu thô với giá trị thấp. Do đó, chế biến sâu các nguồn khoáng sản thành các sản phẩm có chất lượng cao, tính năng tốt, tăng giá trị kinh tế đang là chủ trương của Đảng và Nhà nước. Việc chế tạo vật liệu tổ hợp trên cơ sở oxit TiO2, Fe2O3 và graphen nanoplatelets (GNPs) từ graphit và ilmenit sẽ góp phần tạo ra một hướng vật liệu quang xúc tác có hoạt tính xúc tác quang mạnh trong vùng ánh sáng khả kiến, có khả năng ứng dụng rộng rãi ở quy mô công nghiệp [3, 4]. Trong nghiên cứu trước vật liệu tổ hợp 2 oxit TiO2-Fe2O3/GNPs đã được tổng hợp thành công từ graphit tự nhiên và tinh quặng ilmenit 52% [5]. Trong nội dung bài báo này, một số yếu tố của quá trình tổng hợp có ảnh hưởng đến đặc trưng vật liệu và hoạt tính xúc tác quang của vật liệu tổ hợp 2 oxit TiO2-Fe2O3/GNPs sẽ được khảo sát. Để đánh giá hoạt tính xúc tác quang của vật liệu, quá trình chuyển hóa ion Cr(VI) sẽ được nghiên cứu, nhờ tác dụng của quá trình quang xúc tác khi có mặt của vật liệu tổ hợp TiO2-Fe2O3/GNPs ion Cr(VI) sẽ chuyển hóa thành Cr (III). Phương pháp xử lý Cr(VI) trong nước thải chủ yếu được sử dụng là phương pháp hóa học, đầu tiên dùng các muối có tính khử để chuyển Cr(VI) thành Cr(III), sau đó, dùng dung dịch kiềm kết tủa. Phương pháp này có nhược điểm là sử dụng một lượng lớn hóa chất, dễ phát sinh chất thải thứ cấp. Phương pháp quang xúc tác sẽ giảm thiểu việc sử dụng hóa chất, giảm chi phí xử lý, không phát sinh sản phẩm phụ và thân thiện với môi trường. Nghiên cứu về quá trình tổng hợp vật liệu, xác định các thông số tối ưu của quá trình và việc đánh giá khả năng chuyển hóa ion kim loại nặng sẽ có ý nghĩa thực tiễn và ý nghĩa khoa học, góp phần vào việc làm phong phú và tìm ra các phương pháp xử lý phù hợp đối với nguồn nước thải chứa thành thành phần ion kim loại nặng. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Hội thảo Quốc gia FEE, 10 - 2020 337 Hóa học – Sinh học – Môi trường 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất, thiết bị Tinh quặng ilmenit 52% của Bình Định. Graphit dạng vảy của Yên Bái. H2SO4 98% công nghiệp. Các hóa chất tinh khiết khác như KHSO4, K2S2O8 xuất xứ Trung Quốc, etanol 96% xuất xứ Việt Nam. Thiết bị sử dụng: Cân phân tích (độ chính xác ± 0,0001g), máy khuấy từ IKA (Mỹ), tủ sấy (Trung Quốc), lò nung Lenton (Anh), máy đo pH. 2.2. Tổng hợp vật liệu nano 2 oxit TiO2-Fe2O3/GNPs Quy trình chế tạo graphen nanoplatelets, dung dịch tiền chất và vật liệu tổ hợp Fe2O3- TiO2/GNPs từ tinh quặng ilmenite 52% và graphit tự nhiên tương tự như quy trình, nhóm tác giả đã công bố tại công trình [5]. Graphit được rửa sạch bằng nước cất và sấy khô trước khi sử dụng. Sau đó, lấy graphit phân tán vào dung dịch H2SO4 98%, bổ sung thêm K2S2O8. Phản ứng được tiến hành trong thời gian 3 giờ trên máy khuấy từ ở nhiệt độ bình thường. Sau đó, hỗn hợp phản ứng được đem lọc nóng thu được phần rắn. Tiếp tục, đem phần rắn thu được đi rửa sạch nhiều lần bằng axeton để loại bỏ axit thu được vật liệu graphen nanoplatele ...